丁肇中主要从事高能实验物理、基本粒子物理、量子电动力学、γ辐射与物质的相互作用等方面的研究。他最杰出的贡献是在1974年,与里希特各自独立地发现了J/ψ粒子。为此,他们共同获得了1976年诺贝尔物理学奖。
1972年夏,丁肇中实验小组利用美国布鲁克海文国家实验室的质子加速器寻找质量在1.5×109eV-5.5×109eV之间的长寿命中性粒子。1974年,他们发现了一个质量约为质子质量3倍(能量为3.1×109eV)的长寿命中性粒子。在公开发表这个发现时,丁肇中把这个新粒子取名为J粒子,“J”和汉字“丁”字形相近,寓意是中国人发现的粒子。与此同时,美国人里希特也发现了这种粒子,并取名为ψ粒子。后来人们就把这种粒子称为J/ψ粒子。J/ψ粒子具有奇特的性质,其寿命值比预料值大5000倍。这表明它有新的内部结构,不能用当时已知的3种味夸克来解释,而需要引进第四种夸克即粲夸克来解释。J/ψ粒子的发现大大推动了粒子物理学的发展。
亚里士多德
亚里士多德(前384~前322年),古希腊斯吉塔拉人,是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一。亚里士多德是柏拉图的学生,亚历山大的老师。公元前335年,他在雅典办了一所叫吕克昂的学校,被称为逍遥学派。马克思曾称亚里士多德是古希腊哲学家中最博学的人物,恩格斯称他是古代的黑格尔。
亚里士多德师承柏拉图,主张教育是国家的职能,学校应由国家管理。他首先提出儿童身心发展阶段的思想;赞成雅典健美体格、和谐发展的教育,主张把天然素质、养成习惯、发展理性看作道德教育的三个源泉,但他反对女子教育,主张“文雅”教育,使教育服务于闲暇。
亚里士多德一生勤奋治学,从事的学术研究涉及到逻辑学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、经济学、美学等,拥有大量的着作,他的着作是古代的百科全书,据说有四百到一千部,主要有《工具论》、《形而上学》、《物理学》、《伦理学》、《政治学》、《诗学》等。他创立了形式逻辑学,丰富和发展了哲学的各个分支学科,对科学作出了巨大的贡献。他的思想对人类产生了深远的影响。
阿基米德
阿基米德(约公元前287~212)是古希腊物理学家、数学家,静力学和流体静力学的奠基人。公元前287年,阿基米德诞生于西西里岛的叙拉古(今意大利锡拉库萨)。他出生于贵族,与叙拉古的赫农王有亲戚关系,家庭十分富有。阿基米德的父亲是天文学家兼数学家,学识渊博,为人谦逊。他十一岁时,借助与王室的关系,被送到古希腊文化中心亚历山大里亚城去学习。
亚历山大位于尼罗河口,是当时文化贸易的中心之一。这里有雄伟的博物馆、图书馆,而且人才荟萃,被世人誉为“智慧之都”。阿基米德在这里学习和生活了许多年,曾跟很多学者密切交往。他在学习期间对数学、力学和天文学有浓厚的兴趣。在他学习天文学时,发明了用水利推动的星球仪,并用它模拟太阳、行星和月亮的运行及表演日食和月食现象。为解决用尼罗河水灌溉土地的难题,它发明了圆筒状的螺旋扬水器,后人称它为“阿基米德螺旋”。
公元前240年,阿基米德回叙古拉,当了赫农王的顾问,帮助国王解决生产实践、军事技术和日常生活中的各种科学技术问题。公元前212年,古罗马军队攻陷叙拉古,正在聚精会神研究科学问题的阿基米德,不幸被蛮横的罗马士兵杀死,终年七十五岁。阿基米德的遗体葬在西西里岛,墓碑上刻着一个圆柱内切球的图形,以纪念他在几何学上的卓越贡献。
伽利略
伽利略(1564~1642)意大利天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。1564年2月15日生于比萨,1642年1月8日卒于比萨。伽利略家族姓伽里列奥,但现已通行称呼他的名伽利略,而不称呼他的姓。因为翻译问题,所以姓众说纷纭,以伽利略·伽里列奥为准。伽利略是第一个把实验引进力学的科学家,他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。1582年前后,他经过长久的实验观察和数学推算,得到了摆的等时性定律。接着在1585年因家庭经济困难辍学。离开比萨大学期间,他深入研究古希腊学者欧几里得、阿基米德等人的着作。他根据杠杆原理和浮力原理写出了第一篇题为《天平》的论文,不久又写了论文《论重力》第一次揭示了重力和重心的实质并给出准确的数学表达式,因此声名大振。与此同时,他对亚里士多德的许多观点提出质疑。伽利略对运动基本概念,包括重心、速度、加速度等都作了详尽研究并给出了严格的数学表达式。尤其是加速度概念的提出,在力学史上是一个里程碑。有了加速度的概念,力学中的动力学部分才能建立在科学基础之上,而在伽利略之前,只有静力学部分有定量的描述。伽利略曾非正式地提出过惯性定律和外力作用下物体的运动规律,这为牛顿正式提出运动第一、第二定律奠定了基础。在经典力学的创立上,伽利略可以说是牛顿的先驱。
笛卡尔
笛卡儿,1596年3月31日生于法国都兰城。笛卡儿是伟大的哲学家、物理学家、数学家、生理学家,解析几何的创始人。笛卡儿靠着天才的直觉和严密的数学推理,在物理学方面做出了有益的贡献。从1619年读了开普勒的光学着作后,笛卡儿就一直关注着透镜理论;并从理论和实践两方面参与了对光的本质、反射与折射率以及磨制透镜的研究。他把光的理论视为整个知识体系中最重要的部分。
笛卡儿运用他的坐标几何学从事光学研究,在《屈光学》中第一次对折射定律提出了理论上的推证。他从光的发射论的观点出发,用网球打在布面上的模型来计算光在两种媒质分界面上的反射、折射和全反射,从而首次在假定平行于界面的速度分量不变的条件下导出折射定律;不过他的假定条件是错误的,他的推证得出了光由光疏媒质进入光密媒质时速度增大的错误结论。他还对人眼进行光学分析,解释了视力失常的原因是晶状体变形,设计了矫正视力的透镜。
在力学上,笛卡儿发展了伽利略的运动相对性的思想,例如在《哲学原理》一书中,举出在航行中的海船上海员怀表的表轮这一类生动的例子,用以说明运动与静止需要选择参照物的道理。
笛卡儿在《哲学原理》第二章中以第一和第二自然定律的形式比较完整地第一次表述了惯性定律:只要物体开始运动,就将继续以同一速度并沿着同一直线方向运动,直到遇到某种外来原因造成的阻碍或偏离为止。这里他强调了伽利略没有明确表述的惯性运动的直线性。在这一章中,他还第一次明确地提出了动量守恒定律:物质和运动的总量永远保持不变。笛卡儿对碰撞和离心力等问题曾作过初步研究,给后来惠更斯的成功创造了条件。
托里拆利
托里拆利(1608~1647)意大利物理学家、数学家。托里拆利提出了关于液体从小孔射流的定理:在充水容器中,水面下小孔流出的水,其速度和小孔到液面的高度平方根以及重力加速度的2倍(2g)的平方根成正比(托里拆利定理)。他还解释过风的成因起源于空气的密度与温度差。在静力学方面,托里拆利发现一个物体系统,当其重心处在最低位置时,发生小位移时重心下降,系统才是稳定的。此外,他在磨制精良透镜和将伽利略气体温度计改为液体温度计方面也获得成功。托里拆利特别强调处理力学问题时数学与实验的重要性。
帕斯卡
帕斯卡(1623~1662),是法国着名的数学家、物理学家、哲学家和散文家。在物理学方面作出的突出贡献是于1653年首次提出了着名的帕斯卡定律,为此写成了《液体平衡的论述》的着名论文,详细论述了液体压强的传递问题。应用这个定律制造的各式各样的液压机械,为人类创造了无数的奇迹,他建立的直觉主义原则对于后来一些哲学家,如卢梭和伯格森等都有影响。帕斯卡最主要的贡献还是在物理学上,他发现了帕斯卡定律内容如下:流体(气体或液体)力学中,指封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化,将毫无损失地传递至流体的各个部分和容器壁压强等于作用力除以作用面积。根据帕斯卡原理,在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强,必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的面积是第一个活塞的面积的10倍,那么作用于第二个活塞上的力将增大为第一个活塞的10倍,而两个活塞上的压强仍然相等。水压机就是帕斯卡原理的实例。它具有多种用途,如液压制动等。
玻意耳
玻意耳(1627~1691)英国物理学家、化学家。在物理学方面,玻意耳从事分子物理、光和电现象、流体力学、声学、热学、力学多方面的研究,成果累累。1659年,他在助手胡克的协助下,改进了盖利克发明的真空泵,利用它进行了一系列气体性质的开拓性实验。例如,他曾将真空泵放在屋顶,水管放在地面的大水罐内,发现当水银气压计指示29英寸时,水不可能被提升到33英尺以上。1660年他将实验结果汇编成册,出版了他的第一部着作《涉及空气弹性及其效果的新物理--力学实验》。他用实验论证了空气是有重量和弹性(当时玻意耳称之为弹力)的物质,空气对于燃烧、呼吸和传声是必不可少的。论证了压强对水的沸点的影响,指出当使周围的空气稀薄时热水就能沸腾起来,细管中液体的上升(即毛细现象)是和大气压力无关的,这与当时的观点截然相反,论证了真空中虹吸失效。另外,他还研究了空气的比重、折射率等等。这本书引起了耶稣教徒的责难,认为其中有诈。玻意耳在助手R·汤利的协助下做了实验,通过实验不但证实了“空气的弹性有能力作出远远超过我们需要归之于它的事实”,而且发现了气体的体积与压强的反比关系,在历史上建立起力学运动以外的第一个定量的自然定律,即着名的玻意耳定律,现称为玻意耳-马略特定律。玻意耳最突出的贡献是1661年发现了玻意耳定律。1662年他发表了论文《关于空气的弹性和重量学说的答辩》,文中不但阐述了玻意耳定律,而且还描述了另一个实验:一定体积的封闭空气被加热时其压强增大。可惜他没有重视并定量地检测这一现象,而失去了进一步发现规律的机会。
惠更斯
克里斯蒂安·惠更斯(1629年04月14日~1695年07月08日),荷兰物理学家、天文学家、数学家、他是介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱。惠更斯从实践和理论上研究了钟摆及其理论。1656年他首先将摆引入时钟成为摆钟以取代过去的重力齿轮式钟。在《摆钟》(
1658)及《摆式时钟或用于时钟上的摆的运动的几何证明》(1673)中提出着名的单摆周期公式,研究了复摆及其振动中心的求法。通过对渐伸线、渐屈线的研究找到等时线、摆线,研究了三线摆、锥线摆、可倒摆及摆线状夹片等。
在研究摆的重心升降问题时,惠更斯发现了物体系的重心与后来欧勒称之为转动惯量的量,还引入了反馈装置--“反馈”这一物理思想今天更显得意义重大。他设计了船用钟和手表平衡发条,大大缩小了钟表的尺寸。他还用摆求出重力加速度的准确值,并建议用秒摆的长度作为自然长度标准。惠更斯提出了他的离心力定理,他还研究了圆周运动、摆、物体系转动时的离心力以及泥球和地球转动时变扁的问题等等。这些研究对于后来万有引力定律的建立起了促进作用。他提出过许多既有趣又有启发性的离心力问题。
胡克
胡克,英国实验物理学家,仪器发明家。1635年出生于英格兰怀特岛清水村。从小体弱多病但却心灵手巧,酷爱摆弄机械,自制过木钟、可以开炮的小战舰等。1653年到牛津大学作工读生,1663年获文学硕士学位。1655年成为玻意耳的助手,由于他的实验才能,1662年被任命为皇家学会的实验主持人,为每次聚会安排三、四个实验,1663年获硕士学位,同年被选为皇家学会正式会员,又兼任了学会陈列室管理员和图书管理员。1665年任格雷姆学院几何学教授,1667~1683年任学会秘书并负责出版会刊。学会的工作条件使他在当时自然科学的前沿(如机械仪器改制、弹性、重力、光学,乃至生物、建筑、化学、地质等方面)作出了自己的贡献。1703年在伦敦逝世。胡克于1678年曾将自己发现的弹性定律发表在他的讲演集《态势的恢复》中,他举出螺旋弹簧、发条、悬线、木杆挠曲变形等四种情况。这一定律后来经过A.L.科西1822年引人“应力”“应变”及G.格林的改进后才具有现代形式。他和惠更斯是各自独立地建议用发条驱动摆轮的。胡克虽长于实验技术且物理思想活跃,但由于缺乏数学根基,最终并未能从理论和实验上根本解决问题。
在重力问题上也是如此。胡克从1661年开始积极参加皇家学会重力专门委员会的活动,进行了在教堂塔尖称量长绳与短绳上的铁块重量的比较。1671年发表《试论地球周年运动》的论文中提出所有天体有吸引力、惯性运动、引力大小与距离有关(后从圆轨道导出为平方反比关系)等三条假设,他还在1679年指出行星运动是由匀速直线的惯性运动和朝向中心天体的吸引这两部分运动合成的。牛顿自己也承认胡克的思想对他有启发(1679年12月13日致胡克信)但对于非圆周情况胡克就无能为力了。
牛顿